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        基于DSP的圖像采集與處理系統(tǒng)

        2014-12-23 05:48:36陳曉東
        科技視界 2014年6期
        關(guān)鍵詞:模擬信號數(shù)字信號內(nèi)核

        陳曉東

        (長春工業(yè)大學(xué),吉林 長春 130012)

        0 引言

        實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)的基本要求也是最大難點(diǎn)就是運(yùn)算處理速度足夠快,即:在有限的時(shí)間內(nèi)處理大量的圖像數(shù)據(jù),這對于系統(tǒng)的核心處理器的選取以及軟件編寫都是一個(gè)不小的難點(diǎn)?;贒SP 的圖像采集與處理系統(tǒng)不僅能提高系統(tǒng)的運(yùn)算速度,更能提高系統(tǒng)的判斷準(zhǔn)確性。

        1 基于DSP 的圖像采集與處理系統(tǒng)組成

        基于DSP 的圖像采集與處理系統(tǒng)的執(zhí)行率高,運(yùn)行速度快,操作靈活,并且可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能的不同,進(jìn)行軟件編程的修改,實(shí)現(xiàn)功能多樣化,提高了系統(tǒng)的兼容性和移植性。本系統(tǒng)由以下五個(gè)基本部分組成,如圖1 所示。

        圖1 本系統(tǒng)的處理過程圖

        2 基于DSP 的圖像采集與處理系統(tǒng)硬件構(gòu)成

        本系統(tǒng)運(yùn)行的理論依據(jù)是:先由攝像頭采集實(shí)際的模擬信號,通過A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,DSP 處理器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算處理。然后再由D/A 轉(zhuǎn)換成連續(xù)的模擬信號,并顯示最終結(jié)果。以上各部分的構(gòu)成如圖2 所示。

        本圖像采集系統(tǒng)硬件電路主要包括4 部分:

        1)視頻輸入

        采用TI 公司的TVP5146 芯片對標(biāo)準(zhǔn)PAL 制式電視模擬信號進(jìn)行視頻信號的采集,再進(jìn)過ADC 轉(zhuǎn)換,將解碼后的8/10 位的BT.656數(shù)字信號傳遞給DSP 的CCDC 端口進(jìn)行圖像的輸入。

        2)視頻存儲

        設(shè)定外部的存儲器后,TMS320DM6437 接收圖像以及視頻信息,通過DSP 芯片的輸入端進(jìn)行操作。

        3)圖像處理

        以TMS320DM6437 為核心,結(jié)合外部存儲設(shè)備進(jìn)行運(yùn)算處理,對攝像頭所接收的圖片進(jìn)行圖像處理,優(yōu)化圖像的參數(shù)性質(zhì)。

        4)視頻輸出

        此部分是從DDR2 中提取各種圖像信息,經(jīng)過圖像處理模塊的處理,最終輸出標(biāo)準(zhǔn)的圖像或者視頻信號。

        圖2 系統(tǒng)整體構(gòu)成

        2.1 核心處理器芯片

        由于科技發(fā)展,集成芯片能實(shí)現(xiàn)眾多功能,因此往往應(yīng)用DSP、復(fù)雜可編程邏輯器件以及單片機(jī)等主流芯片來做為核心處理器件。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用的TMS320DM6437 芯片是TI 公司研制的,該芯片優(yōu)化了一些特定應(yīng)用,例如安全駕駛、視頻監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)視頻等,針對性能高、成本低的視頻以及圖像處理為研發(fā)基礎(chǔ)。本系統(tǒng)所用的DM6437是屬于TMS320C64x+系列中的32 位定點(diǎn)處理器,包含64 個(gè)通用寄存器(32 位)和8 個(gè)獨(dú)立計(jì)算功能單元,并有DDR2 存儲控制器、I2C接口以及視頻處理前端(VPFE)等輔助部分。

        2.2 視頻采集模塊

        本系統(tǒng)采用攝像頭采集視頻信號,采集到的信號為模擬信號。通過視頻解碼芯片TVP5146,可以對接收的模擬信號進(jìn)行模數(shù)變換。TVP5146 能涵蓋RGB,YPBPR,CVBS 等多種信息,并可實(shí)現(xiàn)多信號的同時(shí)輸入。

        此步中VPFE 作為DM6437 視頻處理前端有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn),一是使各個(gè)視頻接口無縫連接,二是有效的對各個(gè)視頻進(jìn)行預(yù)處理。輸入的數(shù)字視頻流是通過CCDC 控制器傳輸?shù)?,還為其提供必要的同步信號。

        2.3 視頻輸出模塊

        芯片DM6437 在對視頻進(jìn)行處理后,進(jìn)行統(tǒng)一整理,這樣這些視頻數(shù)據(jù)就可以用一幅圖像來顯示,用不同的區(qū)域來表示各個(gè)視頻源。通常不同格式的數(shù)字視頻和圖像都存儲在DDR2 中,視頻輸出模塊從中讀取出來,再通過VPBE 進(jìn)行處理,輸出需要的視頻數(shù)據(jù)。將DDR2存儲器可以用于處理格式的視頻和圖像數(shù)據(jù)通過OSD 模塊讀取出來,對這些數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換成為YUV 格式。

        2.4 電源模塊

        DM6437 芯片的內(nèi)核在不同頻率下使用不同的電壓,本系統(tǒng)中使用1.2V 進(jìn)行內(nèi)核供電;與之不同的是,需要采用1.8V 電源電壓對TVP5146 內(nèi)核和KS8001 內(nèi)核進(jìn)行供電;還有一些器件是需要3.3V 的電源電壓對其供電。基于這些器件對電壓的要求不同,體統(tǒng)中我們使用三塊TPS54310PWP 電源芯片進(jìn)行供電,使其轉(zhuǎn)換成1.2V、1.8V、3.3V 這三種內(nèi)核電壓的需求;我們還使用電感對模擬電源和數(shù)字電源隔離,減少干擾。

        3 系統(tǒng)工作流程

        初始化系統(tǒng)后,經(jīng)過CCD 視頻采集設(shè)備(TVP5146 芯片)進(jìn)行視頻采集,之后通過A/D 處理器轉(zhuǎn)換數(shù)字信號,送到本系統(tǒng)的核心器件(TMS320DM6437)進(jìn)行存儲并處理,將處理結(jié)果送到DDR2 中,輸出圖像并顯示。

        DSP 芯片是系統(tǒng)的核心部分,本文所用的DSP 芯片結(jié)合了達(dá)芬奇科技,能有效的快速處理圖像信息,也是疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)的重要部分。以TMS320DM6437 為核心,結(jié)合外部存儲設(shè)備進(jìn)行運(yùn)算處理,提高圖像的參數(shù)性質(zhì),對CCD 所接收的圖片進(jìn)行圖像處理,并將結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)的輸出,以此來判斷監(jiān)測結(jié)果。

        4 總結(jié)

        對比于其他的視頻圖像處理平臺,基于DSP 的視頻圖像處理平臺能夠發(fā)揮優(yōu)勢,完成對實(shí)時(shí)圖像的快速處理,改善圖像的質(zhì)量,更好的滿足了當(dāng)今數(shù)字信息處理的有效性和快速性的需求。

        [1]任麗香,馬淑芬,李方慧.TMS320C6000 系列DSPs 的原理與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000.

        [2]張曉飛,袁祥輝.基于DSP 成像系統(tǒng)的視頻圖像采集部分的實(shí)現(xiàn)[M].電子工業(yè)出版社,2003,8.

        [3]賈少華.基于USB 的高速數(shù)據(jù)采集和信號發(fā)生模塊的研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2004.

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